AB Mechanik Draft
Werbung
Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsbild: Technische Mechanik Aufgabe der Technischen Mechanik Der Hauptzweck der Technischen Mechanik ist: • das Berechnen geometrischer Größen (z. B. Durchmesser von Zahnrädern, Längen von Hebeln usw.) • das Berechnen von Bauteilen (Dimensionieren, maximal zulässige Belastung, Werkstoffwahl). Zur Lösung dieser Aufgaben werden Berechnungsverfahren eingesetzt, die in der Mathematik eingeführt werden, und Größen, die in der Physik eingeführt werden. Die Technische Mechanik verwendet die physikalischen Größen und wendet die mathematischen Lösungsverfahren auf technische Problemstellungen an. Bezug zum Studium Vor allem in den Studienrichtungen Maschinenbau und Bauingenieurwesen kommt der Technischen Mechanik eine große Wichtigkeit zu, und zwar den Teilbereichen Statik, Dynamik und Festigkeitslehre. Für die Dozenten der Elektrotechnik ist die Technische Mechanik ebenfalls sehr wichtig. Allgemeine Ziele Selbständiges Lösen komplexer mechanischer Probleme. Ausbildungsziel: Teilgebiete und Aufgaben der Technischen Mechanik im Überblick kennen Es ist wichtig bei der Einführung eines neuen Schulfachs, einen Überblick über die verschiedenen Aspekte dieses Faches zu verschaffen, seinen Stellenwert in einem späteren technischen Studium zu erläutern und seine Anwendungen in der Berufspraxis aufzuzeigen. Inhalt Teilgebiete und Aufgaben der Technischen Mechanik Kenntnisse Überblick über die Teilgebiete der Technischen Mechanik und der darin behandelten Aufgaben. • Statik • Dynamik (eingeschlossen Kinematik und Kinetik) • Festigkeitslehre Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Die Teilgebiete Statik und Dynamik sind schon aus dem Physikunterricht bekannt. Hier soll hauptsächlich auf technische Anwendungen Bezug genommen werden. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 1/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Physikalische Größen der Statik kennen Die auftretenden physikalischen Größen, ihre Einheiten, ihre Kurzzeichen und ihre Merkmale sollen zu Anfang noch einmal kurz wiederholt werden, mit Verweis auf die anderen Schulfächer Physik und Mathematik. Inhalt Physikalische Größen der Statik Kenntnisse • Kraft (äußere Kraft, Gewichtskraft) • Kraftmoment Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Die Begriffe Kraft und Kraftmoment sind schon aus dem Physikunterricht bekannt und sollen hier nur kurz wiederholt werden. Inhalt Krafteinheit, Einheit des Kraftmomentes Kenntnisse • Newton • Newtonmeter Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Die Einheiten der Kraft und des Kraftmomentes sind schon aus dem Physikunterricht bekannt und sollen hier nur kurz wiederholt werden. Inhalt Wirkungen der Kraft Kenntnisse • Verformungen • Änderungen des Bewegungszustandes Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Die Wirkungen der Kraft sind schon aus dem Physikunterricht bekannt. Hier soll nur kurz auf technische Vorgänge verwiesen werden Ausbildungsbild: Technische Mechanik 2/19 Vorläufige Version Inhalt Merkmale der Kraft momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Kenntnisse • Vektor (im Unterschied zum Skalar) • Erweiterungssatz • Längsverschiebungssatz Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Der Begriff des Vektors mit seinen Eigenschaften ist aus dem Mathematik- und aus dem Physikunterricht bekannt und soll hier nur kurz wiederholt werden. Ausbildungsziel: Kräfte, die auf ein Bauteil wirken, identifizieren können Die Grundlage jeder Problemstellung in der Technischen Mechanik ist das Erkennen und Identifizieren der auf ein Bauteil einwirkenden Kräfte, bzw. der Kräfte, die von einem Bauteil auf ein angrenzendes Bauteil übertragen werden. Inhalt Freimachen von Bauteilen Kenntnisse • Wechselwirkungsgesetz (Kraft und Gegenkraft) • mögliche Kraftübertragung an Bauteilen Fertigkeiten • Isolieren des Bauteils und Anbringen der übertragenen Kräfte Fähigkeiten • In einer gegebenen Situation oder Vorrichtung ein Bauteil freimachen, die Kraftangriffspunkte sowie die Kraftrichtungen erkennen und in einer Skizze eintragen Hinweise und Bemerkungen Das Freimachen von Bauteilen ist ein sehr wichtiger Vorgang in der Technischen Mechanik. Auch wenn die Prinzipien der Kraftübertragung aus dem Physikunterricht bekannt sind, muß für Übungen an technischen Problemstellungen ausreichend Zeit aufgewendet werden, da die Schüler erfahrungsgemäß Schwierigkeiten bei diesem Punkt haben. Beispiele 1 und 2 im Anhang Ausbildungsbild: Technische Mechanik 3/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Die resultierende Kraft und das resultierende Kraftmoment aus allen auf einen Körper wirkenden Einzelkräften ermitteln können Die erste Hauptaufgabe der Statik besteht darin, mehrere Einzelkräfte zu einer resultierenden Kraft (Ersatzkraft) zusammenzufassen und das resultierende Kraftmoment zu ermitteln, um eine Aussage über die Wirkung des Kräftesystems auf ein Bauteil machen zu können. Inhalt Zentrales und allgemeines Kräftesystem Kenntnisse • Zentrales Kräftesystem • Allgemeines Kräftesystem Fertigkeiten Fähigkeiten • Ein zentrales Kräftesystem von einem allgemeinen Kräftesystem unterscheiden können Hinweise und Bemerkungen Bei diesem Inhalt geht es nur um das Unterscheiden der beiden Kräftesysteme, was jedoch eine Auswirkung auf den Lösungsansatz hat. Inhalt Zusammenfassen mehrerer Kräfte im zentralen ebenen Kräftesystem Kenntnisse • Wirklinie (Richtung) einer Kraft • Richtungssinn einer Kraft • Zerlegen einer Kraft in zwei senkrecht zueinander stehende Komponenten • Kräftegleichgewicht • Lageskizze • Lageplan • Kräfteplan Fertigkeiten • Zeichnerische Ermittlung der Resultierenden • Rechnerische Ermittlung der Resultierenden (Betrag und Richtung) Fähigkeiten • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme • Erkennen der Wirkung des Kräftesystems auf das Bauteil Hinweise und Bemerkungen Kräfte sind aus der Physik bekannt, ihre Darstellungsform als Vektor ist aus der Mathematik bekannt; ebenso die Eigenschaften von Vektoren sowie die Vektorzerlegung und die Vektoraddition (zeichnerisch und rechnerisch). Hier sollen Aufgaben aus dem technischen Bereich behandelt werden. Das zeichnerische Verfahren soll nur kurz zur Illustration aufgezeigt werden (cf. Mathematik: Vektoren); der Schwerpunkt liegt auf dem rechnerischen Lösungsverfahren. In den Büchern werden meistens die erste und zweite Hauptaufgabe im zentralen Kräftesystem behandelt und danach erst im allgemeinen Kräftesystem. Ausweitungsmöglichkeiten in Richtung Informatik: Erstellen eines Lösungsalgorithmus' zum Errechnen von Betrag und Richtung der Resultierenden. Beispiel 3 im Anhang Ausbildungsbild: Technische Mechanik 4/19 Vorläufige Version Inhalt Zusammenfassen mehrerer Kräfte im allgemeinen ebenen Kräftesystem momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Kenntnisse • Kraftmoment der Resultierenden (Momentensatz) Fertigkeiten • Rechnerische Ermittlung der Resultierenden (Betrag, Richtung und Lage) Fähigkeiten • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme • Erkennen der Wirkung des Kräftesystems auf das Bauteil Hinweise und Bemerkungen Kraftmomente sind aus der Physik bekannt. Hier sollen Aufgaben aus dem technischen Bereich behandelt werden. Für das allgemeine Kräftesystem soll nur das rechnerische Lösungsverfahren angewendet werden. In den Büchern werden meistens die erste und zweite Hauptaufgabe im zentralen Kräftesystem behandelt und danach erst im allgemeinen Kräftesystem. Ausweitungsmöglichkeiten in Richtung Informatik: Erstellen eines Lösungsalgorithmus' zum Errechnen von Betrag, Richtung und Lage der Resultierenden Beispiel 4 im Anhang Ausbildungsbild: Technische Mechanik 5/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Unbekannte Reaktionskräfte (Stützkräfte) ermitteln können Die zweite Hauptaufgabe der Statik besteht darin, unbekannte Reaktionskräfte (Stützkräfte) aus den Aktionskräften (Belastungskräfte) mit Hilfe der Gleichgewichtsbedingungen zu ermitteln. Inhalt Ermittlung unbekannter Kräfte im zentralen ebenen Kräftesystem Kenntnisse • Kräftegleichgewicht Fertigkeiten • Zeichnerische Ermittlung der Stützkräfte • Rechnerische Ermittlung der Stützkräfte (Betrag und Richtung) Fähigkeiten • Verstehen der Problemstellung • Anwenden des passenden Lösungsansatzes • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Der Lösungsansatz des Kräftegleichgewichts ist aus der Physik bekannt und soll hier an technischen Problemstellungen angewendet werden. Das zeichnerische Verfahren soll nur kurz zur Illustration aufgezeigt werden (cf. Mathematik: Vektoren); der Schwerpunkt liegt auf dem rechnerischen Lösungsverfahren. In den Büchern werden meistens die erste und zweite Hauptaufgabe im zentralen Kräftesystem behandelt und danach erst im allgemeinen Kräftesystem. Ausweitungsmöglichkeiten in Richtung Informatik: Erstellen eines Lösungsalgorithmus' zum Errechnen von Betrag und Richtung der unbekannten Stützkräfte. Inhalt Ermittlung unbekannter Kräfte im allgemeinen ebenen Kräftesystem Kenntnisse • Momentengleichgewicht Fertigkeiten • Rechnerische Ermittlung der Stützkräfte (Betrag und Richtung) Fähigkeiten • Verstehen der Problemstellung • Anwenden des passenden Lösungsansatzes • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Der Lösungsansatz des Momentengleichgewichts ist aus der Physik bekannt und soll hier an technischen Problemstellungen angewendet werden. Für das allgemeine Kräftesystem soll nur das rechnerische Lösungsverfahren angewendet werden. In den Büchern werden meistens die erste und zweite Hauptaufgabe im zentralen Kräftesystem behandelt und danach erst im allgemeinen Kräftesystem. Ausweitungsmöglichkeiten in Richtung Informatik: Erstellen eines Lösungsalgorithmus' zum Errechnen von Betrag und Richtung der unbekannten Stützkräfte. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 6/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Aussagen über den Angriffspunkt der Gewichtskraft und über die Standsicherheit treffen können Standsicherheitsprobleme sind sehr vielfältig in der Technik und kommen sowohl im Maschinenbau, wie auch im Bauingenieurwesen vor. Inhalt Schwerpunkt Kenntnisse • Begriff Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) • Flächenschwerpunkt • Körperschwerpunkt • Volumenberechnung nach der Guldinschen Regel Fertigkeiten • Berechnen des Schwerpunkts zusammengesetzter Flächen • Berechnen des Schwerpunkts zusammengesetzter Körper Fähigkeiten Zusammengesetzte Flächen / Körper in einfache geometrische Flächen / Körper aufteilen. Hinweise und Bemerkungen Die Schwerpunktslehre wird nicht in der Physik behandelt und muß hier eingeführt werden. Ebenso werden die Guldinschen Berechnungsregeln für Volumina hier eingführt. Die Berechnung des Flächen- bzw. Körperschwerpunkts ist eine weitere Anwendung des Momentensatzes. Inhalt Standsicherheit Kenntnisse • Gleichgewichtslagen • Kippkante • Kippmoment • Standmoment • Standsicherheit Fertigkeiten • Berechnen der Standsicherheit Fähigkeiten • Erkennen des Standfestigkeitsproblems • Erkennen der Kippkante • Richtiges Ansetzen der wirkenden Kräfte • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Neu ist hier der technische Begriff der "Sicherheit". Die Berechnung der Standsicherheit ist eine weitere Anwendung des Momentensatzes. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 7/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Stabkräfte eines Fachwerks ermitteln können Die Berechnung von Fachwerken ist von Bedeutung bei Stahlbau und Holzkonstruktionen (Bauingenieurwesen) und ist die Voraussetzung für die Dimensionierung von Stäben und Knoten, sowie zur Auslegung des Fügeverfahrens. Inhalt Stabkräfte eines Fachwerks Kenntnisse • Fachwerk • Stab • Knotenpunkt • innere Kräfte (Stabkräfte) • äußere Kräfte (Belastungskräfte) • Rittersches Schnittverfahren Fertigkeiten • rechnerisches Ermitteln der Stabkräfte mit dem Ritterschen Schnittverfahren Fähigkeiten • Richtige Anwendung des Ritterschen Schnittverfahrens • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Nur das rechnerische Verfahren soll hier angewendet werden. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 8/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Einfluß der Reibung bestimmen können Inhalt Reibungsarten und Einflußfaktoren Kenntnisse • Reibung • Gleitreibung • Haftreibung • Reibzahlen • Reibungskegel • Selbsthemmung Fertigkeiten • rechnerisches Ermitteln der Reibkraft Fähigkeiten • Vorhandensein und Art der Reibkräfte erkennen • Angriffspunkt und Wirkrichtung der Reibkräfte erkennen • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Die Reibung wird in der Physik eingeführt und die Einflußfaktoren werden dort erläutert. In den technischen Anwendungen ist die Reibkraft eine Kraft unter anderen (manchmal erwünscht, manchmal unerwünscht), die bei der Behandlung von Aufgaben berücksichtigt werden muß. Inhalt Reibung auf der schiefen Ebene Kenntnisse Fertigkeiten • Anwenden des rechnerischen Lösungsverfahrens Fähigkeiten • Erkennen aller auftretenden Kräfte mit Angriffspunkt und Wirkrichtung • Interpretieren der resultierenden Wirkung aller auftretenden Kräfte • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Hierbei handelt es sich um die Anwendung des Kräftegleichgewichts auf einen speziellen Fall mit Berücksichtigung der Reibkraft. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 9/19 Vorläufige Version Inhalt Reibung an Maschinenteilen • Geradführungen • Gleitlager • Gewinde • Seilreibung • Bremsen • Kupplungen momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Kenntnisse • Bewegungsgewinde • Befestigungsgewinde • Rollwiderstand • Fahrwiderstand Fertigkeiten • Anwenden des rechnerischen Lösungsverfahrens Fähigkeiten • Erkennen aller auftretenden Kräfte mit Angriffspunkt und Wirkrichtung • Interpretieren der resultierenden Wirkung aller auftretenden Kräfte • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen An Beispielen von technischen Anwendungen und Vorgängen sollen auftretende Kräfte ermittelt werden. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 10/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Bewegungen eines Körpers analysieren und daraus Bewegungsgrößen berechnen können Die Dynamik (Bewegungslehre) ist ein wichtiger Bereich der Technischen Mechanik, weil diese Berechnungen z. B. die Auslegung eines Getriebes (Übersetzungsverhältisse, Zahnradabmessungen), einer Handbabungsvorrichtung (Kolbengeschwindigkeit, Bandgeschwindigkeit) und von Belastungskräften infolge der Beschleunigung erlaubt. Der Schwerpunkt dieses Kapitels liegt auf der technisch wichtigeren Drehbewegung. Inhalt Bewegungsarten Kenntnisse • Weg • Geschwindigkeit • Beschleunigung • gleichförmige Bewegung – ungleichförmige Bewegung • geradlinige Bewegung – krummlinige Bewegung Fertigkeiten • Darstellen der Bewegung in Diagrammen (s,t-Diagramm, v,t-Diagramm) Fähigkeiten • Erkennen der Bewegungsart aus der Beschreibung Hinweise und Bemerkungen Die Grundlagen der Bewegungslehre und die Bewegungsgrößen werden in der Physik eingeführt und erklärt, ebenso die Lösungsverfahren mit Hilfe der v,t-Diagramme. Inhalt gleichförmige Drehbewegung Kenntnisse • Drehzahl • Umfangsgeschwindigkeit • Mittelpunktsgeschwindigkeit • Winkelgeschwindigkeit • Getriebe • Übersetzungsverhältnis Fertigkeiten • Berechnen der verschiedenen Größen bei der gleichförmigen Drehbewegung. Fähigkeiten • Erkennen der Zusammenhänge zwischen den Größen der Drehbewegung. • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Es sollen möglichst Beispiele aus dem technischen Bereich behandelt werden. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 11/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Aus den Zusammenhängen zwischen verursachenden Kräften und resultierenden Bewegungen die gewünschten Größen berechnen können Die Kinetik berücksichtigt alle auf einen Körper wirkenden Kräfte, die eine Bewegung beeinflussen oder von ihr hervorgerufen werden. Die Grundlage zu diesen Berechnungen bilden die Bewegungsgleichungen der Kinematik. Inhalt Trägheitsgesetz Kenntnisse • Trägheitsgesetz Fertigkeiten Fähigkeiten • Verstehen und erklären können des Trägheitsgesetzes Hinweise und Bemerkungen Die Trägheitskraft wurde bereits in der Physik eingeführt und soll hier wieder in Erinnerung gerufen werden. Die Trägheitskraft ist eine zusätzliche Kraft, die bei der beschleunigten Bewegung auftritt und zu den Belastungskräften eines Bauteils gehört. Dementspechend muß sie bei der Dimensionierung von Bauteilen zusätzlich berücksichtigt werden. Beschränkung auf die geradlinige Bewegung. Inhalt dynamisches Grundgesetz Kenntnisse • dynamisches Grundgesetz Fertigkeiten • Berechnen von Kräften oder Bewegungsgrößen bei gleichmäßig beschleunigten / verzögerten Bewegungen Fähigkeiten • Auswahl des richtigen Lösungsansatzes (einwirkende resultierende Kraft). • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Der Lösungsansatz nach dem Prinzip von d'Alembert (Kräftegleichgewicht) ist dem Ansatz nach dem dynamischen Grundgesetz (Ermittlung der resultierenden Kraft) vorzuziehen. Inhalt Prinzip von d'Alembert Kenntnisse • Prinzip von d'Alembert • Trägheitskraft Fertigkeiten • Berechnen von Kräften oder Bewegungsgrößen bei gleichmäßig beschleunigten / verzögerten Bewegungen Fähigkeiten • Auswahl des richtigen Lösungsansatzes (Kräftegleichgewicht). • Richtiges Eintragen der Trägheitskraft. • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Der Lösungsansatz nach dem Prinzip von d'Alembert (Kräftegleichgewicht) ist dem Ansatz nach dem dynamischen Grundgesetz (Ermittlung der resultierenden Kraft) vorzuziehen. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 12/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Aus dem Zusammenwirken von Kraftmaschinen, Antriebseinheiten und Arbeitsmaschinen Leistungen, Übersetzungen und Wirkungsgrade berechnen können Der Schwerpunkt dieses Ausbildungsziels soll auf der Drehbewegung liegen, die in der Technik eine größere Bedeutung hat. Inhalt Arbeit Kenntnisse • Arbeit (Definition) • Arbeit einer konstanten Kraft und ihre Darstellung im F,s-Diagramm • Arbeit einer variablen Kraft und ihre Darstellung im F,s-Diagramm Fertigkeiten • Berechnen von verrichteten Arbeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Der Begriff der Arbeit wurde schon in der Physik eingeführt und soll hier nur kurz in Erinnerung gerufen werden. Anhand der Kenntnisse aus der Physik sollen die Definitionsgleichungen für die Kreisbewegung mit Hilfe des Analogieverfahrens aufgestellt werden. Inhalt Leistung Kenntnisse • Leistung (Definition) Fertigkeiten • Berechnen von Leistungen Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Der Begriff der Leistung wurde schon in der Physik eingeführt und soll hier nur kurz in Erinnerung gerufen werden. Anhand der Kenntnisse aus der Physik sollen die Definitionsgleichungen für die Kreisbewegung mit Hilfe des Analogieverfahrens aufgestellt werden. Inhalt Wirkungsgrad Kenntnisse • Wirkungsgrad (Definition) Fertigkeiten • Berechnen von Kräften, Momenten, Übersetzungsverhältnissen und Bewegungsgrößen mit Hilfe der aufgezeigten Zusammenhänge Fähigkeiten • Anwendung verschiedenartiger mechanischer Prinzipien zur Berechnung von komplexen technischen Aufgaben. • Systematisches und nachvollziehbares Vorgehen bei der Lösung der Probleme Hinweise und Bemerkungen Der Begriff des Wirkungsgrades wurde schon in der Physik eingeführt und soll hier nur kurz in Erinnerung gerufen werden. Anhand der Kenntnisse aus der Physik sollen die Definitionsgleichungen für die Kreisbewegung mit Hilfe des Analogieverfahrens aufgestellt werden. Es sollen möglichst Beispiele aus dem technischen Bereich behandelt werden. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 13/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Die Aufgaben der Festigkeitslehre und die Grundbeanspruchungsarten im Überblick kennen und erkennen Die Festigkeitslehre ist ein Gebiet, das nicht von den Naturwissenschaften abgedeckt wird und das sich ganz im technischen Bereich befindet. Hier kommen andere Aspekte und Überlegungen zum Tragen als in den Teilgebieten Statik und Dynamik. Inhalt Aufgaben der Festigkeitslehre Kenntnisse • Dimensionieren von Bauteilen • Wahl des Werkstoffs • Bestimmen der zulässigen Belastung Fertigkeiten Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Inhalt Grundbeanspruchungsarten Kenntnisse • Zug • Druck • Abscheren • Biegung • Torsion • zusammengesetzte Beanspruchung • inneres Kräftesystem • auftretende Spannungen (Normalspannungen, Schubspannungen) und ihre Kurzzeichen Fertigkeiten Fähigkeiten • Unterscheiden der verschiedenen Grundbeanspruchungsarten • Unterscheiden der auftretenden Spannungsarten Hinweise und Bemerkungen Ausbildungsbild: Technische Mechanik 14/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Ausbildungsziel: Durch äußere Kräfte und Momente belastete Bauteile dimensionieren, Verformungen berechnen, zulässige Belastungen bestimmen und Werkstoffe auswählen können Inhalt Zugbeanspruchung Kenntnisse • Zugspannung (Definition) • gefährdeter Querschnitt Fertigkeiten • Berechnen der gewünschten Größen durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen des gefährdeten Querschnitts Hinweise und Bemerkungen Inhalt elastische Formänderung Kenntnisse • Zugversuch • Spannungs-Dehnungs-Diagramm • zulässige Spannung • Verlängerung (Definition) • Dehnung (Definition) • Querdehnung (Definition) Fertigkeiten • Berechnen der Formänderung eines zugbeanspruchten Bauteils Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Inhalt Druckbeanspruchung Kenntnisse • Druckspannung (Definition) Fertigkeiten • Berechnen der gewünschten Größen durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten Hinweise und Bemerkungen Ausbildungsbild: Technische Mechanik 15/19 Vorläufige Version Inhalt Flächenpressung momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Kenntnisse • Flächenpressung (Definition) • projizierte Fläche Fertigkeiten • Berechnen von geometrischen Größen und Kräften durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen der Flächenpressung. Hinweise und Bemerkungen Inhalt Abscherbeanspruchung Kenntnisse • Abscherspannung (Definition) Fertigkeiten • Berechnen von geometrischen Größen und Kräften durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen der Abscherung. Hinweise und Bemerkungen Keine Formänderung behandeln. Inhalt Torsionsbeanspruchung Kenntnisse • Spannungsverteilung bei Torsion • polares Widerstandsmoment • Torsionsspannung (Definition) Fertigkeiten • Berechnen von geometrischen Größen, Kräften und Momenten durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen der Torsion. Hinweise und Bemerkungen Nur Bauteile mit einfachem geometrischen Querschnitt berechnen. Polare Widerstandsmomente aus Tabellen entnehmen. Keine Formänderung behandeln. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 16/19 Vorläufige Version Inhalt Biegebeanspruchung momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Kenntnisse • Spannungsverteilung bei Biegung • axiales Widerstandsmoment • Biegespannung (Definition) • Biegemomentenverlauf • Querkraftverlauf Fertigkeiten • Berechnen von geometrischen Größen und Kräften durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen der Biegung. Hinweise und Bemerkungen Nur einfache Fälle behandeln. Nur Bauteile mit einfachem geometrischen Querschnitt berechnen. Axiale Widerstandsmomente aus Tabellen entnehmen. Keine Formänderung behandeln. Inhalt zusammengesetzte Beanspruchungen Kenntnisse • Spannungsverteilung bei Normalspannungen • Vergleichsspannung Normal- und Schubspannungen) Fertigkeiten • Berechnen von geometrischen Größen, Kräften und Momenten durch entsprechendes Umstellen der Definitionsgleichung und Einsetzen der bekannten oder schon ermittelten Werte. Fähigkeiten • Erkennen der vorhandenen Einzelbeanspruchungen. Hinweise und Bemerkungen Nur einfache Fälle behandeln. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 17/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Anhang Beispiel 1 (Freimachen) Kugel und Schieber sind freizumachen Kenntnisse: • An welchem Angriffspunkt wird die Reaktionskraft auf eine Kugel / einen Stab übertragen? • Wie sind die Reaktionskräfte bei der Kugel / beim Stab gerichtet? Fertigkeiten: • Skizzieren der isolierten Bauteile. • Einzeichnen der Reaktionskräfte am jeweiligen Angriffspunkt mit der ungefähren Kraftrichtung Beispiel 2 (Freimachen) Der Kranausleger ist freizumachen Kenntnisse: • Um welche Lager handelt es sich? • Welche Kräfte können diese Lager übertragen? Fertigkeiten: • Skizzieren des isolierten Bauteils. • Einzeichnen der Reaktionskräfte am jeweiligen Angriffspunkt mit der ungefähren Kraftrichtung. Fähigkeiten: • Abschätzen des Richtungssinns der Kräfte. Beispiel 3 (Resultierende im zentralen Kräftesystem) Ein mit 5 kN belastetes Seil wird über eine Seilrolle geführt , so daß das freie Seilende gegen die Senkrechte unter einem Winkel von 75° von der Seilrolle abläuft. Die Seilrolle hängt an der Pendelstange OA (Zweigelenkstab). a) Die Seilrolle und die Pendelstange sind freizumachen. b) Welche Zugkraft muß von der Pendelstange aufgenommen werden? c) Wie groß ist der Winkel α? Ausbildungsbild: Technische Mechanik 18/19 Vorläufige Version momentaner Arbeitsstand: 26.06.01 Beispiel 4 (Resultierende im allgemeinen Kräftesystem) An einer Bodenklappe wirken ihre Gewichtskraft FG = 2 kN, die Kraft F1 = 1,5 kN und über eine Kette die Kraft F2 = 0,5 kN. Die Abstände betragen l1 = 0,2 m, l2 = 0,8 m, l3 = 0,9 m und der Winkel α = 45°. Gesucht: a) der Betrag der Resultierenden, b) ihr Winkel zur Waagerechten, c) ihr Wirkabstand vom Klappendrehpunkt O. Ausbildungsbild: Technische Mechanik 19/19
